熱力學第一定律人教版【知識架構(gòu)+對點訓練】 高二物理備課精研提升

3.2熱力學第一定律基礎(chǔ)導學要點一、熱力學第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與傳熱．兩者對改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等價的。2．熱力學第一定律：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。3．熱力學第一定律的表達式：ΔU＝Q＋W。4．熱力學第一定律的應(yīng)用：(1)W的正負：外界對系統(tǒng)做功時，W取正值；系統(tǒng)對外界做功時，W取負值．(均選填“正”或“負”)；(2)Q的正負：外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取負值．(均選填“正”或“負”)。要點突破突破一：對熱力學第一定律的理解熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．此定律是標量式，應(yīng)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳．突破二：對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少突破三：幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．【特別提醒】(1)應(yīng)用熱力學第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)．(2)應(yīng)用熱力學第一定律計算時，要依照符號法則代入數(shù)據(jù)．對結(jié)果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義．典例精析題型一：熱力學第一定律的理解和應(yīng)用例一．空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105J的功，同時空氣的內(nèi)能增加了1.5×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？變式遷移1：一定質(zhì)量的氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中，內(nèi)能增加了160J，下列是關(guān)于內(nèi)能變化的可能原因的說法，其中不可能的是()A．從A到B的絕熱過程中，外界對氣體做功160JB．從A到B的單純傳熱過程中，外界對氣體傳遞了160J的熱量C．從A到B的過程中吸熱280J，并對外界做功120JD．從A到B的過程中放熱280J，外界對氣體做功120J題型二：熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用例二．氣體溫度計結(jié)構(gòu)如圖所示．玻璃測溫泡A內(nèi)充有理想氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連．開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h1＝14cm，后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h2＝44cm.(已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1標準大氣壓相當于76cmHg)(1)求恒溫槽的溫度．(2)此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能________(填“增大”或“減小”)，氣體不對外做功，氣體將________(填“吸熱”或“放熱”)．變式遷移2：帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體，氣體開始處于狀態(tài)a，然后經(jīng)過過程ab到達狀態(tài)b或經(jīng)過過程ac到達狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如V－T圖所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強分別為pb和pc，在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(填入選項前的字母，有填錯的不得分)()A．pb＞pc，Qab＞QacB．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞QacD．pb＜pc，Qab＜Qa強化訓練選擇題1．恒溫的水池中，有一氣泡緩慢上升，在此過程中，氣泡的體積會逐漸增大，不考慮氣泡內(nèi)氣體分子勢能的變化，下列說法中正確的是（）A．氣泡內(nèi)的氣體對外界做功B．氣泡內(nèi)的氣體內(nèi)能增加C．氣泡內(nèi)的氣體與外界沒有熱傳遞D．氣泡內(nèi)氣體分子的平均動能減小2．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的說法中，正確的是（）A．用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3．下列關(guān)于分子運動和熱現(xiàn)象的說法正確的是（）A．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在斥力的緣故B．一定質(zhì)量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢能增加C．對于一定量的氣體，如果壓強不變，體積增大，那么它一定向外界放熱D．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，因此壓強必然增大4、被壓癟但尚未破裂的乒乓球放在熱水里泡一會兒，就會重新鼓起來，這一過程乒乓球內(nèi)的氣體()A.吸熱，對外做功，內(nèi)能不變B.吸熱，對外做功，內(nèi)能增加C.溫度升高，對外做功，內(nèi)能不變D.壓強增大，單位體積內(nèi)分子數(shù)增大5、(2020·吉林通化期末)對于一定質(zhì)量的理想氣體,下列過程不可能發(fā)生的是()A.氣體膨脹對外做功,溫度升高,內(nèi)能增加B.氣體吸熱,溫度降低,內(nèi)能不變C.氣體放熱,壓強增大,內(nèi)能增大D.氣體放熱,溫度不變,內(nèi)能不變6、(2020·河北石家莊月考)對于一定質(zhì)量的氣體,下列說法正確的是()A.在體積緩慢增大的過程中,氣體一定對外界做功B.在壓強不斷增大的過程中,外界對氣體一定做功C.在體積不斷被壓縮的過程中,內(nèi)能一定增加D.在與外界沒有發(fā)生熱交換的過程中,內(nèi)能一定不變7、(2021·河北張家口月考)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b,再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是()A.在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過程ca中外界對氣體做功C.在過程bc中氣體從外界吸收熱量D.在過程ca中氣體從外界吸收熱量8、如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)絕熱過程到達狀態(tài)b，再經(jīng)等容過程到達狀態(tài)c，最后經(jīng)等溫過程返回到狀態(tài)a。已知在b到c的過程中，氣體吸收熱量為10J。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)到c過程，氣體對外界做功10J B．a(chǎn)到c過程，外界對氣體做功10JC．a(chǎn)到b過程，氣體對外界做功10J D．a(chǎn)到b過程，外界對氣體做功10J9、一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是（）A．過程da中氣體一定放熱B．過程ab中氣體既不吸熱也不放熱C．過程bc中外界對氣體所做的功等于氣體所放出的熱量D．氣體在狀態(tài)a時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能10、封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)B，C，D，再回到狀態(tài)A，其體積V與熱力學溫度T的關(guān)系如圖所示，O，A，D三點在同一直線上，BC垂直于T軸。下列說法正確的是（）A．由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程中，氣體放出熱量B．由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過程中，氣體放出熱量C．由狀態(tài)D變化到狀態(tài)A過程中，氣體放出熱量D．A狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比D狀態(tài)時少二、解答題11.(2020·江蘇蘇州期中)如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體的pV圖像,氣體狀態(tài)經(jīng)歷了由A經(jīng)B到C的變化過程:其中A到B過程中氣體吸收了120J熱量,對外做功180J;B到C過程中氣體吸收了240J熱量。則:(1)A到B過程中氣體內(nèi)能改變了多少?(2)B到C過程中,是外界對氣體做功還是氣體對外界做功?做了多少功?(3)整個過程中氣體內(nèi)能改變了多少?12、(2020·江蘇無錫期末)如圖所示,一個內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸高度為L,底面積為S,缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞,封閉了一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)用繩子系住汽缸底將汽缸倒過來懸掛,汽缸處于豎直狀態(tài),缸內(nèi)氣體高為L0,溫度為T0。已知重力加速度為g,大氣壓強為p0,不計活塞與缸體的厚度及它們間的摩擦。若采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離,求此過程:(1)氣體溫度的變化量ΔT;(2)缸內(nèi)氣體對活塞做的功;(3)若缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為ΔU,氣體吸收的熱量。13、如圖所示，水平地面上放置一個內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸，汽缸開口朝上，缸內(nèi)通過輕質(zhì)活塞封閉一部分氣體。初態(tài)時氣體壓強為一個大氣壓，溫度為27℃，活塞到汽缸底部距離為30cm?，F(xiàn)對缸內(nèi)氣體緩慢加熱到427℃，缸內(nèi)氣體膨脹而使活塞緩慢上移，這一過程氣體內(nèi)能增加了100J。已知汽缸橫截面積為50cm2，總長為50cm，大氣壓強為1.0×105Pa。汽缸上端開口小于活塞面積，不計活塞厚度，封閉氣體可視為理想氣體。求：（1）活塞剛到氣缸頂部時封閉氣體的溫度；（2）末態(tài)時（427℃）缸內(nèi)封閉氣體的壓強；（3）封閉氣體共吸收了多少熱量。

14、如圖所示，豎直放置的圓柱形氣缸由上下兩部分組成，上面部分橫截面為4S，下面部分橫截面為S，兩部分高度均為H。氣缸頂部與大氣連通，其余部分絕熱。有一質(zhì)量m=的絕熱活塞放在氣缸的水平段MN、PQ的墊片上，墊片體積、厚度均不計。一定量理想氣體被封閉在氣缸下面部分，初始時封閉